3D 列印界又迎來重大突破。特拉維夫大學研究人員使用患者自己的細胞和生物材料「列印」了世界第一個 3D 血管化心臟,並在《Advanced Science》發表研究成果。這也是第一次有人成功設計和「列印」充滿細胞、血管、心房、心室的完整心臟。

據世衛組織(WTO)數據,心血管疾病是全球造成死亡最多的病因,而心臟移植是目前末期心臟衰竭患者唯一可用的治療方法,但心臟捐獻者嚴重短缺。

這次的成果意味著心臟移植將能人工完成,心臟病患者未來也不會在死亡一天天臨近時,只能等著心臟捐獻的渺茫希望。在這之前,再生醫學領域的科學家只能透過 3D 技術列印出沒有血管的簡單組織,以促進心臟更完全癒合。


而這次是人體細胞和患者特異性生物材料製成的完整心臟。

研究人員透過從志願患者身體取出一份脂肪樣本,然後將脂肪分離成細胞和非細胞材料,隨後細胞編輯為多功能幹細胞(具自我更新、自我複製能力的多潛能細胞,能分化成任何類型的體細胞),而非細胞材料(主要由膠原蛋白和糖蛋白組成)就製成水凝膠,相當於印刷的「墨水」。

與水凝膠混合後,細胞分化成心臟或內皮細胞(後者是排列血管內表面的細胞),隨後 3D 生物列印機就能逐層構建生物組織,產生與患者特異性免疫相容的心臟貼片,透過 CT 掃描技術勾勒心臟形狀、血管結構,最後「列印」出整顆心臟。

雖然目前列印的器官還只有兔子心臟大小,但擁有與人類心臟相同的腔室和血管,後續可利用相同過程創建真正的人類心臟。這次使用患者自己「原生」的生物材料,消除了植入物被免疫系統排斥的風險,也是研究成功至關重要和創新的地方。

主導研究的 Tal Dvir 教授表示:過去人們已設法 3D 列印心臟結構,但不能用細胞或血管 3D 列印。我們的研究結果證明了未來設計個性化組織和器官方法的潛力。所以,這也為未來的器官和組織移植鋪平了道路。

儘管 3D 列印被認為對設計整個器官方法很有前景,但仍有許多艱難的挑戰,主要在於器官的高細胞數、長期培養、生化生長,以及科研和商業化的價格高昂等方面。這顆「印刷心臟」也需要進一步研發,比如抽水能力、搏動泵血與身體的協作能力等。

研究人員正在實驗室繼續培養列印出的心臟,也計劃在動物模型移植 3D 列印的心臟,證明確實可行且能普及,並希望測試在 1~2 年完成。

病魔總是無法預料地現身一個又一個家庭,而人們在心臟病這種重大疾病面前更顯無力和脆弱。但此刻,未來醫院都有器官列印機的那天,或許離我們又更近了一些。

 

以色列突發新聞(Breaking Israel News)網站報導,心臟疾病是美國及大部分現代國家男女性的主要死因之一,也是以色列民眾的第二大死因,僅次於癌症,但目前仍僅針對心臟衰竭末期患者進行心臟移植手術。因此,鑑於心臟捐贈者極難覓得,研發讓心臟再生的新治療方法迫在眉睫。

幸好,隨著以色列團隊創造出包含人體組織和血管的3D列印心臟,有希望在10年內臨床應用。醫院將能從亟需移植的患者身上採集細胞,透過3D列印取得心臟或其他器官,避免患者器官衰竭致死,或遲遲等不到腦死患者捐贈器官等情況。

 

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